制造去离子水的方法和设备技术

一种制造去离子水的设备，它实质上包括电渗析器和离子交换剂。电渗析器具有阳离子交换薄膜和阴离子交换薄膜被交替放置在阴极和阳极之间而构成的脱矿室和浓缩室，而离子交换剂则被放置在脱矿室中。在被放置于脱矿室中的离子交换剂和构成脱矿室的阳离子交换薄膜以及阴离子交换薄膜之间存在着０．１－２０ｋｇ／ｃｍ↑［２］的压力。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造去离子水的方法和设备，这种方法和设备适宜制造用于药品、半导体生产的纯净水或超纯净水以及发电过程中的锅炉用水。
技术介绍
作为制造去离子水的方法，一般是将有待处理的水通过填充有离子交换树脂的床层，使一些杂质离子被吸附到离子交换树脂上而被除去，得到去离子水。通常还要采用一种酸或碱使吸附能力已下降的离子交换树脂再生。但是，这种方法存在一个问题，就是用于再生后的酸液或碱液要被排掉，所以希望有一种不需用这种再生的制造去离子水的方法。从这个观点出发，近几年人们把目光集中在通过自身再生型电渗析制造去离子水的方法，其中的离子交换树脂与离子交换薄膜被结合在一起使用。在这种方法中，阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合物被填充在由阴离子交换薄膜和阳离子交换薄膜交替放置构成的电渗析器的脱矿室中，当被处理的水通过脱矿室时，就加上电压进行电渗析，制造去离子水。在这种方法中，通常离子交换树脂是以湿态形式装在脱矿室中的，这样就有离子交换树脂之间或离子交换树脂和离子交换薄膜之间接触不充分的缺点，如果尝试增加脱矿室的厚度来减少有效的薄膜面积，那么电阻就会增大。为了克服这些缺陷，JP-B-4-72567和JP-B-6-20513中提出了一种方法，即调整每个脱矿室的宽度和厚度来抑制电阻的增大，一般把宽度调整在0.762-10.16cm(0.3-4英寸)之间，把厚度调整在0.127-0.635cm(0.05-0.25英寸)之间。但是，这种方法也有缺陷，就是这种脱矿室的厚度较薄，所以离子交换剂装入脱矿室较困难，而且单位面积得到的去离子水的量也较少。专利技术的揭示本专利技术的一个目的是提供了一种新颖的制造去离子水的设备，它是一种自身再生型电渗析制造去离子水的设备，其中的离子交换剂和离子交换薄膜结合在一起使用，即使脱矿室较厚，电阻也很小。通过这种方法，可以在较长时间内连续地得到纯水，而且没有历来技术中的前述的缺陷。同时，本专利技术还提供了一种利用这种设备制造去离子水的方法。本专利技术提供的制造去离子水的设备包括电渗析器和离子交换剂。电渗析器具有阳离子交换薄膜和阴离子交换薄膜交替放置在阴极和阳极之间而构成的脱矿室和浓缩室；而离子交换剂则被装在脱矿室中。在脱矿室中的离子交换剂和构成脱矿室的阳离子交换薄膜以及阴离子交换薄膜之间存在着0.1-20kg/cm2的压力。以下，对附图进行简单地说明。附图说明图1表示测量离子交换剂和容器壁之间压力的方法。图2表示用于试验例的电渗析器的构造。图3表示自身再生型电渗析设备的一种实施方案的简图。图4表示测量实施例中将水通过干燥离子交换剂时产生的压力的设备。图5表示一种离子交换树脂多孔体的实施方案，其中的多孔阳离子和阴离子交换片按海岛状图形放置(用于实施例3)。图6表示一种离子交换树脂多孔体的实施方案，其中的多孔阳离子和阴离子交换片被逐层放置(用于实施例4)。实施专利技术的最佳状态本专利技术中离子交换剂的状态可被预先改变，然后再放置到电渗析器的脱矿室中，也可以先被放置在脱矿室中，再改变其状态。本说明书中，离子交换剂的状态将用以下的各种术语在下文中描述。“工作状态”表示离子交换树脂被放置于脱矿室中，并用于电渗析时的状态，此时它和工作环境保持平衡；“收缩状态”表示通过某种方法，使离子交换剂的表观体积收缩到一定程度的状态；“自由状态”表示离子交换剂和工作环境保持平衡，但不受脱矿室限制的状态。本专利技术中每个脱矿室的厚度一般至少为0.2cm，较好的是至少为0.7cm。如果脱矿室的厚度小于0.2cm，减小有效薄膜面积的效果就不明显，而且在其中放置离子交换剂就比较困难。另一方面，厚度超过80.0cm，减小有效薄膜面积的效果虽然明显，但电阻的增加会很大，这并不是我们所希望的。所以，脱矿室的厚度最好的是在1.1-30.0cm的范围内，这样，电阻的增加不大，但减小有效薄膜面积的效果却很明显。被容纳或填充在脱矿室中的离子交换剂和构成脱矿室的阳离子交换薄膜以及阴离子交换薄膜之间的压力被调整在0.1-20kg/cm2的范围内。如果压力小于0.1kg/cm2，则离子交换剂颗粒之间或离子交换剂和离子交换薄膜之间的接触就不充分，电阻可能会增大，或待处理的水会形成短路，得到的水的纯度就降低。这并不是我们所希望的。另一方面，如果压力超过20kg/cm2，则离子交换剂颗粒之间或离子交换剂和离子交换薄膜之间的接触虽然足够，但被处理的水的量将减少，而且所用的离子交换薄膜可能被压力破坏。上述的压力较好的是在0.5-10kg/cm2的范围内，更好的是在0.8-2kg/cm2的范围内。本专利技术中，被填充在脱矿室中的离子交换剂和离子交换薄膜之间的压力的建立应按下列两种方法进行，(1)容纳在脱矿室中的离子交换剂先转变成其体积小于其再生后体积的状态，然后以一定的数量填充在脱矿室中，使自由状态的再生离子交换剂的体积大于脱矿室的体积。接着通入水，导入电流，让离子交换剂膨胀，增加其体积，从而使压力增大；(2)将离子交换剂放置在脱矿室中，然后通过机械方法使脱矿室的体积减小，达到增大压力的目的。在以上的方法(1)中，较好的是放置在脱矿室中的离子交换剂的数量能使其自由状态的再生形式的离子交换剂的体积为脱矿室体积的103-170％。如果其自由状态的体积小于103％，离子交换剂的接触就较差。另一方面，如果自由状态的体积大于170％，虽然接触较好，但水通过离子交换剂时的压力损失就变大，这并不是我们所希望的。较好的是离子交换剂的数量能使自由状态的体积为脱矿室的体积的111-150％。使离子交换剂的体积转变成小于其再生形式体积的状态的方法有3种，(i)通过干燥减少其中水的含量；(ii)把其相反离子转变为一种再生形成之外的离子种类，使离子交换剂变为负荷形式；(iii)把离子交换剂浸渍于有机溶剂中进行溶剂替代。但较好的是将方法(i)和方法(ii)结合使用，因为这种方法不论离子交换剂的种类和构造如何都能使用，而且体积减小得很多。水含量经干燥减少的方法中，较好的是将水含量(重量)减少至1-30％。如果水含量小于1％，干燥的时间过长，这不是我们所希望的。如果水含量超过30％，通水和通电后增大体积的效果就不好，也不是我们所希望的。水含量较好的是在5-15％之间，这样干燥较容易，而且通水和通电后增大体积的效果也明显。就干燥时相反离子的类型而言，Na型离子适合于阳离子交换剂，Cl型离子适合于阴离子交换剂，因为这些离子的热稳定性较好。干燥温度较好是在30-80℃的范围内，如果低于30℃，则干燥时间过长，如果高于80℃，离子交换基团会分解，这并不是我们所希望的。关于把相反离子转变为一种再生形成之外的离子种类，使离子交换剂变为负荷形式的方法，如上所述，Na型离子适合于阳离子交换剂，Cl型离子适合于阴离子交换剂。至于其他的离子种类，如K型离子或Li型离子适合阳离子交换剂，一价相反离子如NO3适合阴离子交换剂。在这方面Ca型离子或Al型离子或者二价或多价相反离子如SO4就不适合，因为它们转变为再生形式较困难。至于上面提到的方法(2)，即离子交换剂先被填充在脱矿室中，然后利用机械方法减小脱矿室的体积来增大压力的方法，较好的是在脱矿室边框和离子交换薄膜之间插入一个受压能收缩的垫片，一般在离子交换剂填充于脱矿室中之后从外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造去离子水的设备，其特征在于，包括电渗析器和离子交换剂；其中的电渗析器具有阳离子交换薄膜和阴离子交换薄膜被交替放置在阴极和阳极之间而构成的脱矿室和浓缩室，而离子交换剂被放置在脱矿室中；在被放置在脱矿室中的离子交换剂和构成脱矿室的阳离子交换薄膜以及阴离子交换薄膜之间存在０．１－２０ｋｇ／ｃｍ↑［２］的压力。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺田一郎，户田洋，岩元纯治郎，梅村和郎，小松健，星徹，MP许纳加德，DF泰西耶，IG托，
申请(专利权)人：旭硝子株式会社，格雷格水调节股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]